Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания перепускными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов


 


Владельцы патента RU 2548704:

Рыбаков Анатолий Александрович (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ, включающий систему управления, внешнюю камеру сгорания, два поршня с компрессорными полостями и клапан перепуска выхлопных газов в каждом цилиндре, согласно изобретению система управления отслеживает текущие величины давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания из внешней камеры сгорания и давления сжимаемого в компрессорной полости того же поршня воздуха, и на основании этих величин определяет момент времени открытия клапана перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня, система управления открывает клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости поршня одного поршня в компрессорную полость другого поршня, в результате чего поступающие через клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня выхлопные газы смешиваются в компрессорной полости со сжимаемым воздухом и смесь воздуха с выхлопными газами поступает во внешнюю камеру сгорания. Изобретение обеспечивает оптимизацию процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия. 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения патент 2479733 «Способ увеличения эффективности процесса расширения продуктов сгорания перепуском воздуха между компрессорными полостями расширительных машин в свободнопоршневом двухцилиндровом энергомодуле с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором».

Реферат патента 2479733. Изобретение относится к области энергомашиностроения. В способе увеличения эффективности процесса расширения продуктов сгорания перепуском воздуха между компрессорными полостями расширительных машин в свободнопоршневом двухцилиндровом энергомодуле с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором, включающим общую внешнюю камеру сгорания, две поршневые расширительные машины, линейный электрогенератор и систему управления, согласно изобретению система управления энергомодуля отслеживает текущие значения скорости и ускорения поршневой группы, давления продуктов сгорания в камере сгорания и рабочей полости, давление сжимаемого в компрессорной полости воздуха каждой расширительной машины энергомодуля, в соответствии с этими значениями определяет момент времени открытия перепускного клапана, обеспечивающего максимальное расширение продуктов сгорания в рабочей полости к моменту времени прибытия поршневой группы в противоположную крайнюю точку движения, и подает команду на открытие перепускного клапана, в результате чего сжатый в компрессорной полости воздух перетекает в другую компрессорную полость этой же расширительной машины. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса расширения продуктов сгорания.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, поясняется на примере принципа его действия.

Система управления компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (система управления не показана) топливо форсункой 2 (см. чертеж) и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. После достижения поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую торцевую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую торцевую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижению поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.

Поскольку поршни энергомодуля и компрессора движутся оппозитно, достаточно показать процесс оптимизации расширения продуктов сгорания в одном, например, в его левом цилиндре.

Итак, если при движении поршней справа налево рабочий цикл будет протекать по данному сценарию, преобразование энергии расширяющихся продуктов сгорания в кинетическую энергию поршней будет малоэффективно в силу того, что давление продуктов сгорания в правой полости поршня 6 на всем пути движения практически равно таковому во внешней камере сгорания 1. Расширение продуктов сгорания при этом в основном происходит только при выбросе их из цилиндра в конце пути поршней через выпускной клапан 22, не производя никакой полезной работы. Поэтому для повышения эффективности преобразования энергии необходимо организовать расширение продуктов сгорания непосредственно в цилиндре, в данном случае в правой полости поршня 6. Для этого при движении поршней 6 и 14 слева направо в результате поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания 1 через впускной клапан 20 система управления отслеживает текущие величины давления продуктов сгорания в камере сгорания 1 и давления сжимаемого воздуха в правой компрессорной полости поршня 14. В соответствии с этими величинами система вырабатывает алгоритм определения момента времени открытия и закрытия перепускного клапана 42, обеспечивающий максимальное расширение продуктов сгорания в левой рабочей полости поршня 14 к моменту прибытия поршней в противоположную крайнюю точку движения, и в соответствии с алгоритмом подает команду на открытие перепускного клапана 42. В результате сжатый в правой компрессорной полости поршня 14 воздух перетекает в левую компрессорную полость поршня 6. Противодействие воздуха в правой компрессорной полости поршня 14 движению поршней резко уменьшается, способствуя процессу расширения продуктов сгорания в левой рабочей полости поршня 6. К этому моменту в левую компрессорную полость поршня 6 уже поступило некоторое количество воздуха из атмосферы через обратный клапан 26. Поступающий туда же через перепускной клапан 42 до определенной степени сжатый в правой полости поршня 6 воздух дополнительно заряжает левую компрессорную полость поршня 6 и засасывание воздуха из атмосферы через обратный клапан 26 прекращается. При этом энергия, затрачиваемая на сжатие воздуха на данной фазе такта, также вместе с воздухом перебрасывается туда же и сообщает дополнительный импульс кинетической энергии поршням. Энергия на преодоление динамического сопротивления в обратном клапане 26 переносится на перепускной клапан 42. Процесс оптимизации расширения продуктов сгорания в правом цилиндре протекает аналогичным образом с помощью перепускного клапана 43.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания клапанами перепуска воздуха из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего систему управления, внешнюю камеру сгорания, два поршня с компрессорными полостями и клапан перепуска выхлопных газов в каждом цилиндре, отличающийся тем, что система управления отслеживает текущие величины давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания из внешней камеры сгорания и давления сжимаемого воздуха в компрессорной полости того же поршня и на основании этих величин вырабатывает алгоритм моментов времени открытия и закрытия клапана перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня, обеспечивающий поступление оптимальной массы выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания, затем система управления открывает клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости поршня одного поршня в компрессорную полость другого поршня, в результате чего поступающие через клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня выхлопные газы смешиваются там со сжимаемым воздухом, и смесь воздуха с выхлопными газами поступает во внешнюю камеру сгорания.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработке классических компрессоров.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратный клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 31 - радиатор; 32 - ресивер; 42, 43 - перепускной клапан.

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания клапанами перепуска воздуха из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего систему управления, внешнюю камеру сгорания, два поршня с компрессорными полостями и клапан перепуска выхлопных газов в каждом цилиндре, отличающийся тем, что система управления свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, отслеживает текущие величины давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания из внешней камеры сгорания и давления сжимаемого в компрессорной полости того же поршня воздуха, и на основании этих величин определяет момент времени открытия клапана перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня, система управления открывает клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости поршня одного поршня в компрессорную полость другого поршня, в результате чего поступающие через клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня выхлопные газы смешиваются в компрессорной полости со сжимаемым воздухом и смесь воздуха с выхлопными газами поступает во внешнюю камеру сгорания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ оптимизации включает внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, в соответствии с изобретением продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, система управления выдерживает газораспределительные клапаны в открытом положении после начала поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в полость поршней, при этом продукты сгорания приводят в движение поршни, по истечении времени выдержки система управления закрывает газораспределительные клапаны и по достижении поршнями крайних точек расхождения или схождения система управления переводит впускные и выпускные клапаны в противоположные положения, при этом сжимаемый поршнем в полости компрессора газ через выпускной клапан поступает в радиатор, где охлаждается, а затем поступает в ресивер и потребителю.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ включает систему управления, поршень с рабочими и компрессорными полостями, внешнюю камеру сгорания и клапан перепуска выхлопных газов из рабочей полости поршня энергомодуля в компрессорную полость, при этом система управления отслеживает текущее значение давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания и на основании этой величины система управления открывает и закрывает клапан перепуска выхлопных газов, из рабочей полости поршня выхлопные газы через клапан перепуска выхлопных газов поступают в компрессорную полость поршня, смешиваются там со сжимаемым воздухом, и полученная смесь воздуха и выхлопных газов через обратный клапан подается во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, соответственно таким же способом через клапаны перепуска выхлопных газов осуществляется перепуск выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания в остальных цилиндрах энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ включает систему управления, цилиндры с поршнями компрессора и энергомодуля, газораспределительные клапаны и внешнюю камеру сгорания, согласно изобретению система управления отслеживает мгновенные величины скоростей поршней компрессора и энергомодуля в обоих цилиндрах компрессора, определяет момент закрытия и продолжительность закрытого положения соответствующих газораспределительных клапанов, и, если при колебательном движении поршней скорость поршней компрессора и энергомодуля в одном цилиндре меньше, чем скорость поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, система управления закрывает газораспределительный клапан того цилиндра, скорость поршней компрессора и энергомодуля в котором меньше скорости движения поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, в результате чего поступление продуктов сгорания из внешней камеры сгорания прерывается и скорость движения поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном уменьшается, после чего в момент времени, когда скорость поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней компрессора и энергомодуля в крайние точки в обоих цилиндрах компрессора, система управления вновь открывает закрытый газораспределительный клапан.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую. Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую в двигателе внутреннего сгорания содержит линейно расположенные цилиндры, поршни, жестко соединенные между собой штоком, при этом на штоке жестко закреплен ротор, состоящий из конденсаторных пластин, между которыми находятся плоскостные катушки индуктивности, связанные со статором и взаимодействующие с конденсаторными пластинами.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ генерирования сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха свободнопоршневым энергомодулем с общей внешней камерой сгорания и оппозитным движением поршневых групп, включающим две расширительные машины с поршневыми группами энергомодуля, внешнюю камеру сгорания, установленный между компрессорными полостями и камерой сгорания двухходовой воздухораспределительный клапан и систему управления, согласно изобретению в момент времени, когда в камеру сгорания поступит масса сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха, система управления переводит двухходовой воздухораспределительный клапан в положение, при котором закрывается доступ сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха во внешнюю камеру сгорания и открывается путь потребителю сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха.

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления.

Изобретение относится к энергетике. Переносная электрическая установка содержит тепловой двигатель и электрический генератор, установленные в корпусе.

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям. Свободнопоршневой с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуль преобразует экзотермическую энергию моторного топлива в электроэнергию и/или энергию газообразного рабочего тела высокого давления и температуры.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). В восьмицилиндровом свободнопоршневом двигателе, содержащем корпус двигателя, четыре пары оппозитно установленных цилиндров и две поршневых группы, согласно изобретению каждая поршневая группа выполнена в виде единого узла с двумя торцами и цилиндрическим пустотелым корпусом, на котором в средней части установлена зубчатая рейка, корпус двигателя выполнен с образованием зазора между ним и поршневыми группами, поршневые группы связаны между собой механизмом синхронизации, имеющим главный вал, проходящий сквозь корпус в обе стороны, а вне корпуса установлены и соединены с главным валом муфты обгона, которые имеют выходные валы, соединенные с генераторами, при этом механизм синхронизации выполнен в виде двух шестерен, жестко связанных с главным валом и взаимодействующих с зубчатыми рейками на поршневых группах.

Изобретение относится к силовым установкам средней и большой мощности. Силовая установка, включающая в себя замкнутый гидравлический контур, содержащий два двигательно-насосных устройства, взаимодействующие с гидравлическим двигателем, каждое двигательно-насосное устройство снабжено оппозитными свободными дифференциальными поршнями, двигателями внутреннего сгорания жидкого охлаждения с газовыми цилиндрами, рабочими цилиндрами и гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней, турбокомпрессор и турбину на выхлопных газах, соединенный с полезной нагрузкой гидравлический двигатель, связанный гидравлическими линиями с гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней двигательно-насосных устройств, устройствами управления движениями жидкости в одном направлении, подачи топлива, стартером, при этом двигательно-насосное устройство снабжено картером с перекладной заслонкой, образующим гидравлическую полость с цилиндрами дифференциальных поршней, и двумя противоположными отверстиями, к картеру примыкают гидравлические линии замкнутого контура с двух сторон, взаимодействующие с отверстиями входа и выхода гидравлического двигателя. Изобретение обеспечивает снижение массово-габаритных характеристик и повышение эффективности. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока и мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями. Генератор содержит блок цилиндров, состоящий из цилиндра 1 двухтактного двигателя внутреннего сгорания и цилиндра 2 компрессора. В цилиндре 1 расположен поршень 7 двигателя. Цилиндр 2 компрессора имеет поршень 18, соединенный с поршнем 7 штоком 19. Между цилиндрами 1 и 2 установлены электрические обмотки 23. На штоках 19 закреплен ряд кольцевых магнитов 24. Электрические обмотки 23 охватывают штоки 19 с кольцевыми магнитами 24. При движении поршней между ВМТ и НМТ в электрических обмотках 23 генерируется переменный электрический ток. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы системы двигатель-генератор переменного электрического тока. 1 ил.

Изобретение относится к области тепловых двигателей, а именно к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. Свободнопоршневой двигатель содержит размещенный в цилиндре поршень, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, систему клапанов и устройство подачи топлива в камеру сгорания. Отбор механической энергии, приобретенной поршнем от тепловой энергии сгоревшего топлива, производится в демпферной камере с помощью дополнительного поршня, кинематически связанного с кривошипом, вращающим генератор электрической энергии. Изобретение обеспечивает более полно использовать расширение горючей смеси, а также повысить экономичность топлива. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх